太阳能驱动水分解制氢是解决环境问题和全球能源危机的潜在有效途径。因此，迫切需要一种高效的光催化水分解制氢方法。一般而言，太阳能驱动水分解制氢系统有三种类型:粉末光催化体系、光伏辅助电解水体系和光电化学体系，其中粉末光催化体系相比其他两种系统更具成本优势。近年来，先后有多种提高光催化剂反应效率的策略被报道，例如结构优化、元素掺杂、缺陷工程、和等离子体效应等。然而，目前报道的粉末光催化体系产氢性能仍然较低。
针对这一问题，凝固技术国家重点实验室李炫华教授与合作单位提出一种两相反应界面的光催化系统，通过构筑光热基体和光催化材料复合体系，在光照下，光热基体将液态水转化为水蒸气，同时水蒸气在催化剂表面被光催化分解为氢气。该思路不同于传统的三相光催化反应体系 (液态水/光催化剂固体/氢气)，复合体系可实现“气相水蒸气/固相光催化剂/气相产物氢气”的两相反应界面，有效降低光催化反应势垒，并显著减小氢气的传输阻力。当催化剂材料为CuS-MoS2时，光催化产氢速率达到85604 μmol h-1 g-1。该方法设计简单，产氢性能优异，表现出优异的普适性，为后续氢能的实际应用提供新的思路。
相关研究成果以“Boosting photocatalytic hydrogen production from water by photothermally induced biphase systems”为标题近期发表在Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-021-21526-4）上，并被编辑选为亮点文章(Editors’ Highlights page)。西北工业大学博士生郭绍晖为论文第一作者，凝固技术国家重点实验室李炫华教授为通讯作者，西北工业大学凝固技术国家重点实验室为第一单位。本研究获得西北工业大学310项目支持，同时感谢西北工业大学分析测试中心和陕西省分析测试中心的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21526-4
（供稿：郭绍晖，审稿：刘伟）
